[發明專利]一種易折桿的設計方法及使用該方法設計的易折桿

有效

• 申請號: 202110436972.5
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113255071B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 方坤;史乃青;付慶霞;佟文清;阮浩;茆天宇;程仕祥;楊鑫鑫
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06T17/20;G06F119/02;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發明涉及機場探測設備技術領域，具體涉及一種易折桿的設計方法及使用該方法設計的易折桿，這種易折桿為軸對稱結構，包括上法蘭、下法蘭、圓管、缺口，上法蘭和下法蘭分別位于圓管上方和下方，圓管上開設有半圓形缺口，圓管壁厚H為2～5mm，半圓形缺口半徑R為0RH，設計時通過計算外載荷以及材料的應力變形，調整圓管壁厚和缺口半徑，直到合格，這種易折桿，解決了如何在保證FOD探測系統在滿足易折特性的同時具備長期使用可靠性的問題，能夠避免疲勞導致的易折桿及FOD系統斷裂問題。

技術領域

本發明涉及機場探測設備技術領域，具體涉及一種易折桿的設計方法及使用該方法設計的易折桿。

背景技術

機場道面外來物(FOD)是長期影響機場運行安全的頑疾。2016年民航總局發布通告將采用高技術的外來物探測設備(FOD探測系統)實現FOD的防范和管理，從而促進了FOD探測系統的快速發展。作為機場道邊設備，FOD探測系統必須滿足易折性要求，即系統承受204Nm的彎矩而不損壞，在彎矩達到680Nm以前應當能干脆斷開。

以上兩個對易折桿的載荷要求均屬于結構斷裂特性，能夠確保機場飛行器安全性和FOD探測系統的安全性。對靜態系統而言，采用任何材料進行設計，均能設計并制造出滿足要求的易折桿。但對于FOD探測系統這種動態系統而言，除了要滿足以上斷裂特性要求外，還需要滿足疲勞使用壽命要求，疲勞壽命越高越好。即在疲勞載荷作用下，越難以疲勞破壞越好。

FOD探測系統安裝在機場跑道兩側，在180°范圍內通過步進式扇掃工作模式實現對整個跑道的探測覆蓋。FOD探測系統采用步進式探測，每180°設定45個駐留探測位置，確保探測準確度。根據飛機起降間隔最短時間及探測冗余設計，FOD探測系統需在60s內完成180°的45個駐留探測位置的掃描任務，即45次加速和減速過程。在該過程中，易折桿承受交變扭轉載荷。FOD探測系統為24小時連續工作狀態，設計壽命10年，承受交變扭轉載荷周期超過2×10⁸次(超過了工程意義的疲勞壽命極限)，因此FOD探測系統的易折桿承受的該交變扭轉載荷不超過易折桿材料的交變扭轉疲勞極限強度，否則FOD探測系統會在使用年限內發生疲勞斷裂。

另一方面，FOD探測系統迎風面積大，距離飛機尾焰近，飛機起降過程會對其造成較大的風壓彎曲載荷。目前最繁忙機場的飛機平均起飛時間最小為3分鐘一班，機場工作時間約15小時，在設計壽命10年內，累計承受風壓彎曲載荷超過1×10⁶次。因此FOD探測系統的易折桿承受的該脈動彎曲載荷不能超過易折桿材料的脈動疲勞強度。

FOD探測系統自身存在因步進轉動引起的高周扭轉疲勞載荷和因飛機尾焰作用于系統迎風面引起的高周脈動彎曲載荷，而疲勞特性嚴重影響FOD系統的使用壽命。

因此，FOD探測系統的易折桿即要求具備易斷裂性能，又要求具備不易疲勞失效性能。在材料加工領域，這兩者正好是矛盾的。傳統的易折桿采用V形缺口結構，在實際設計制造過程中確實能夠滿足易斷裂性能，但是基本難以同時滿足FOD系統的疲勞性能，導致FOD系統易折桿使用壽命大幅下降，影響系統使用。因此急需建立FOD探測系統易折桿的結構及設計方法，保證系統在滿足易折特性的同時具備長期使用可靠性。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。

發明內容

本發明的目的在于解決如何建立FOD探測系統易折桿的結構及設計方法，保證系統在滿足易折特性的同時具備長期使用可靠性的問題，提供了一種易折桿的設計方法及使用該方法設計的易折桿。

為了實現上述目的，本發明公開了一種易折桿的設計方法，包括以下步驟：

S1：設計易折桿結構：

易折桿為圓管，圓管上開設有缺口，所述缺口的橫截面為半圓形；

S2：外載荷計算：